DE102017121754A1 - Apparatus for reducing combustion gas temperatures - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Kühlen von Frischluft und der daraus resultierenden Verbrennungsgastemperaturen und einen Verbrennungsmotor. Die Vorrichtung zum Kühlen von Frischluft, umfasst einen Wasserinjektor (2), einen Wassertank (3), eine Wasserpumpe (4) und eine Verrohrung (5), die den Wassertank (3) über die Wasserpumpe (4) mit dem Wasserinjektor (2) verbindet, und einen Druckspeicher (6) zum Speichern von Wasser (7), wobei der Druckspeicher (6) zwischen Wasserpumpe (4) und Wasserinjektor (2) angeordnet ist.The invention relates to a device for cooling fresh air and the resulting combustion gas temperatures and an internal combustion engine. The device for cooling fresh air, comprising a water injector (2), a water tank (3), a water pump (4) and a casing (5), the water tank (3) via the water pump (4) with the water injector (2) connects, and a pressure accumulator (6) for storing water (7), wherein the pressure accumulator (6) between the water pump (4) and water injector (2) is arranged.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser zum Kühlen von sich in einem Verbrennungsraum befindenden oder dieser zugeleiteten Frischluft und der im weiteren Verlauf sich ergebenen Verbrennungsgastemperaturen. The invention relates to a device for injecting water for cooling in or passing a fresh air supplied in a combustion chamber and the resulting in the course of combustion gas temperatures.

Es ist bekannt, eine Wassermenge gezielt in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors einzuführen, um ein Klopfen, d.h., eine unkontrollierte Zündung eines sich im Verbrennungsraum befindlichen Kraftstoff-Luft-Gemisches, zu unterdrücken. Ein solches Verfahren offenbart beispielsweise die US8352162B2 , bei der Wasser mittels eines Injektors direkt in den Verbrennungsraum eingespritzt wird. It is known to selectively introduce a quantity of water into a combustion chamber of an internal combustion engine in order to suppress knocking, ie, uncontrolled ignition of a fuel-air mixture in the combustion chamber. Such a method discloses, for example, the US8352162B2 in which water is injected directly into the combustion chamber by means of an injector.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser zum Kühlen von sich in einem Verbrennungsraum befindenden oder dieser zugeleiteten Ladeluft umfasst einen Wasserinjektor, einen Wassertank, eine Wasserpumpe und eine Verrohrung, die den Wassertank über die Pumpe mit dem Wasserinjektor verbindet, und einen Druckspeicher zum Speichern von Wasser, wobei der Druckspeicher zwischen Pumpe und Wasserinjektor angeordnet ist. The device according to the invention for injecting water for cooling of charge air located in or routed in a combustion chamber comprises a water injector, a water tank, a water pump and a piping which connects the water tank to the water injector via the pump, and a pressure accumulator for storing water , wherein the pressure accumulator is arranged between the pump and the water injector.

Damit kann gewährleistet werden, dass eine Mindestmenge an Wasser mit einem ausreichend hohen Druck eingespritzt wird. Das Einspritzen kann entweder direkt in einen Verbrennungsraum eines Verbrennungsmotors oder in einen Ansaugtrakt des Verbrennungsmotors erfolgen. Das Vorsehen eines Druckspeichers ermöglicht es, die Wasserpumpe in einem Betrieb des Verbrennungsmotors, in dem eine Kühlung der Ladeluft nicht erfolgen soll oder nur eine geringe Wassermenge zum Kühlen der Ladeluft notwendig ist, abzuschalten. Dies ermöglicht, Energie zu sparen. Des Weiteren ist sofort eine Mindestmenge an Wasser mit einem geeignet hohen Druck vorhanden, wenn Wasser zum Kühlen der Frischluft angefordert wird. Der benötigte Druck muss nicht erst durch ein Einschalten der Wasserpumpe aufgebaut werden. This can ensure that a minimum amount of water is injected at a sufficiently high pressure. The injection can be done either directly into a combustion chamber of an internal combustion engine or into an intake tract of the internal combustion engine. The provision of a pressure accumulator makes it possible for the water pump in an operation of the internal combustion engine, in which a cooling of the charge air is not to take place or only a small amount of water for cooling the charge air is necessary to turn off. This allows to save energy. Furthermore, there is immediately a minimum amount of water at a suitably high pressure when water is required to cool the fresh air. The required pressure does not have to be built up by switching on the water pump.

Der erfindungsgemäße Verbrennungsmotor umfasst eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser. The internal combustion engine according to the invention comprises a device according to the invention for injecting water.

Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der folgenden 1 näher erläutert. Preferred embodiments of the invention will become apparent from the following 1 explained in more detail.

Die 1 zeigt schematisch einen erfindungsgemäßen Verbrennungsmotor 1 mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser. Das Wasser wird eingespritzt, um die Verbrennungsgastemperaturen zu reduzieren. Zweck der Kühlung ist beispielsweise, eine ungewünschte Selbstzündung eines sich im Verbrennungsraum 8 befindenden Kraftstoff-Luft-Gemisches zu unterdrücken. Der Verbrennungsmotor 1 ist hier ein Vierzylinder mit in einem Motorblock 9 vorgesehenen vier Verbrennungsräumen 8. The 1 schematically shows an internal combustion engine according to the invention 1 with a device according to the invention for the injection of water. The water is injected to reduce the combustion gas temperatures. The purpose of the cooling is, for example, an unwanted self-ignition of a combustion chamber 8th suppressing fuel-air mixture. The internal combustion engine 1 here is a four-cylinder with in an engine block 9 provided four combustion chambers 8th ,

Die Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser umfasst einen Wasserinjektor 2, einen Wassertank 3, eine Wasserpumpe 4 und eine Verrohrung 5, über die der Wassertank 3 über die Wasserpumpe 4 mit dem Wasserinjektor 2 verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel sind, entsprechend der Anzahl der Zylinder, vier Wasserinjektoren 2 vorgesehen, die jeweils einen Verbrennungsraum 8 zugeordnet sind um Wasser direkt in den jeweiligen Verbrennungsraum 8 einzuspritzen. Eine Alternative ist es, den Wasserinjektor im Ansaugkanal anzuordnen (nicht dargestellt), so dass die Ladeluft bereits vor Eintritt in den Verbrennungsraum gekühlt wird. The device for injecting water comprises a water injector 2 , a water tank 3 , a water pump 4 and a piping 5 about the water tank 3 over the water pump 4 with the water injector 2 connected is. In this embodiment, according to the number of cylinders, four water injectors 2 provided, each having a combustion chamber 8th are assigned to water directly into the respective combustion chamber 8th inject. An alternative is to arrange the water injector in the intake passage (not shown), so that the charge air is cooled before entering the combustion chamber.

Des Weiteren umfasst die Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser einen Druckspeicher 6 zum Speichern von Wasser. Der Druckspeicher 6 ist zwischen Pumpe und Wasserinjektor 2 (hier den vier Wasserinjektoren 2), angeordnet und damit mit der Verrohrung 5 verbunden. Der Druckspeicher 6 ist ausgelegt, um eine Mindestmenge an Wasser aufzunehmen. Die Mindestmenge an Wasser ist vorteilhafterweise größer als die Menge an Wasser, die sich in der Verrohrung 5 in dem Abschnitt zwischen der Pumpe 4 und dem Wasserinjektor 2, hier den vier Wasserinjektoren 4, befindet. In diesem Ausführungsbeispiel kann der Druckspeicher 6 eine Mindestmenge an Wasser von 200 ml aufnehmen. In einer bevorzugten Ausführungsform nimmt der Druckspeicher 6 eine Mindestmenge an Wasser von 200 ml auf. Damit kann gewährleistet werden, dass beim Einspritzen von Wasser eine ausreichende Menge an Wasser mit einem für diese Anwendung ausreichenden Druck zur Verfügung steht. Furthermore, the device for injecting water comprises a pressure accumulator 6 for storing water. The accumulator 6 is between pump and water injector 2 (here the four water injectors 2 ), and thus with the piping 5 connected. The accumulator 6 is designed to hold a minimum amount of water. The minimum amount of water is advantageously greater than the amount of water that is in the piping 5 in the section between the pump 4 and the water injector 2 , here the four water injectors 4 , is located. In this embodiment, the pressure accumulator 6 Take a minimum amount of water of 200 ml. In a preferred embodiment, the accumulator takes 6 a minimum amount of water of 200 ml. This can be ensured that when injecting water is a sufficient amount of water with a sufficient pressure for this application available.

In diesem Falle arbeitet der Druckspeicher 6 mit komprimierter Luft, um den Druck bereitzustellen. Durch einen Betrieb der Wasserpumpe 4 wird der Druckspeicher 6 befüllt und sich in diesem befindende Luft komprimiert. Die komprimierte Luft gewährleistet, dass ein geeignet hoher Druck vorhanden ist. In this case, the accumulator works 6 with compressed air to provide the pressure. By operation of the water pump 4 becomes the accumulator 6 filled and compressed in this air. The compressed air ensures that a suitably high pressure is present.

Der Druckspeicher 6 beaufschlagt im befüllten Zustand die sich im Druckspeicher befindende Wassermenge mit einem Druck von mindestens 8 bar. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Wassermenge mit einem Druck von mindestens 8 bar beaufschlagt. The accumulator 6 charged in the filled state, the amount of water in the pressure accumulator with a pressure of at least 8 bar. In a preferred embodiment, the amount of water is subjected to a pressure of at least 8 bar.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 8352162 B2 [0002] US 8352162 B2 [0002]

Claims (4)

Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser zum Kühlen von sich in einem Verbrennungsraum befindenden oder dieser zugeleiteten Frischluft und der daraus resultierenden Verbrennungsgastemperaturen, umfassend einen Wasserinjektor (2), einen Wassertank (3), eine Wasserpumpe (4) und eine Verrohrung (5), die den Wassertank (3) über die Wasserpumpe (4) mit dem Wasserinjektor (2) verbindet, und einen Druckspeicher (6) zum Speichern von Wasser (7), wobei der Druckspeicher (6) zwischen Wasserpumpe (4) und Wasserinjektor (2) angeordnet ist. Apparatus for injecting water for cooling fresh air supplied to or supplied to a combustion chamber and the combustion gas temperatures resulting therefrom, comprising a water injector ( 2 ), a water tank ( 3 ), a water pump ( 4 ) and a piping ( 5 ), the water tank ( 3 ) via the water pump ( 4 ) with the water injector ( 2 ) and a pressure accumulator ( 6 ) for storing water ( 7 ), whereby the accumulator ( 6 ) between water pump ( 4 ) and water injector ( 2 ) is arranged. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Druckspeicher (6) und die Wasserpumpe (4) derart ausgelegt sind, dass im Druckspeicher (6) Wasser mit einem Mindestdruck von mindestens 4 bar, bevorzugt mindestens 8 bar bereitgestellt wird.- Apparatus according to claim 1, wherein the accumulator ( 6 ) and the water pump ( 4 ) are designed such that in the accumulator ( 6 ) Water is provided with a minimum pressure of at least 4 bar, preferably at least 8 bar. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Druckspeicher (6) ein Mindestvolumen von 20ml, bevorzugt mindestens 200ml zum Speichern von Wasser hat. Device according to one of the preceding claims, wherein the accumulator ( 6 ) has a minimum volume of 20ml, preferably at least 200ml for storing water. Verbrennungsmotor (1), umfassend einer Vorrichtung zum Einspritzen von Wasser gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3. Internal combustion engine ( 1 ), comprising a device for injecting water according to one of claims 1 to 3.
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